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Vorliegende Erfindung betrifft ein aktives Dämpfersystem für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
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Bei aktiven Dämpfersystemen in Fahrzeugen werden relevante Fahrzeugs- und Umgebungsdaten durch entsprechende Sensoren erfasst. Basierend auf den erfassten Daten können entsprechende Kräfte für jedes Fahrzeugrad unabhängig errechnet und aktiv gestellt werden. Damit können unter anderem Hub- und Wankbewegungen des Fahrzeugaufbaus vermieden und Vibrationen reduziert werden. Typische aktive Dämpfersysteme umfassen eine Dämpfereinheit mit einem Zylinder und einem im Zylinder geführten Kolben. Ferner ist eine Hydraulikpumpe vorgesehen. Mittels der Hydraulikpumpe kann der Kolben im Zylinder aktiv gestellt werden. Dabei hängt das notwendige Kraftniveau stark von der jeweiligen Fahrzeugmasse und der Schwerpunkthöhe ab. Es muss beispielsweise zwischen Limousinen mit einem niedrigen Schwerpunkt und Geländefahrzeugen mit hoher Masse und hohem Schwerpunkt circa um den Faktor 2 der notwendigen Kräfte unterschieden werden.
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Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung ein aktives Dämpfersystem für ein Fahrzeug anzugeben, das bei kostengünstiger Herstellung sehr leichtbauend ist und für unterschiedliche Fahrzeugtypen einsetzbar ist.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1. Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zum Gegenstand.
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Somit wird die Aufgabe gelöst durch ein aktives Dämpfersystem für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Das aktive Dämpfersystem wird hier für genau ein Rad des Fahrzeuges beschrieben. Selbstverständlich können bis zu vier dieser Dämpfersysteme an einem typischen Kraftfahrzeug verwendet werden. Das erfindungsgemäße aktive Dämpfersystem umfasst zumindest eine Dämpfereinheit. Jede Dämpfereinheit umfasst einen Zylinder, einen im Zylinder geführten Kolben und eine mit dem Kolben fest verbundene Kolbenstange. Die Dämpfereinheit ist zwischen dem Rad und der Karosserie des Fahrzeugs anordbar. Üblicherweise wird der Zylinder, welcher auch als Dämpferrohr bezeichnet wird, radseitig angebunden. Die Kolbenstange wird dementsprechend fest mit der Karosserie des Fahrzeuges verbunden. Das erfindungsgemäße aktive Dämpfersystem umfasst zumindest zwei Hydraulikpumpen. Die Hydraulikpumpen dienen zur aktiven Veränderung des Hydraulikdrucks in dem zumindest einen Zylinder. Mittels dieser Hydraulikpumpen kann der Kolben im Zylinder bewegt werden. Es handelt sich somit um ein aktives und nicht adaptives System, da der Kolben im Zylinder unabhängig von der Anregung durch die Straße bewegt werden kann. Erfindungsgemäß sind zwei Varianten für die Ausbildung des aktiven Dämpfersystems vorgesehen: Gemäß einer ersten Varianten wird eine Dämpfereinheit für das eine Rad verwendet, wobei die zumindest zwei Hydraulikpumpen mit dieser einen Dämpfereinheit wirkverbunden sind. Gemäß der zweiten Varianten werden für das eine Rad zwei Dämpfereinheiten verwendet, wobei jeweils eine Hydraulikpumpe mit einer Dämpfereinheit wirkverbunden ist.
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Bei herkömmlichen aktiven Dämpfersystemen mit einer Dämpfereinheit und einer Hydraulikpumpe muss, um ein entsprechend hohes Kraftniveau zu erzeugen, die eingesetzte Hydraulikpumpe und/oder die Dämpfereinheit je nach Fahrzeug größer dimensioniert werden. Diese größere Dimensionierung der Hydraulikpumpe führt zu einer höheren Massenträgheit, was wiederum den Radkomfort deutlich verschlechtert. Dafür verantwortlich ist die Verschlechterung der Übertragungsfunktion durch ein Absenken der Eckfrequenz, was eine Radkomfort orientierte Regelung des aktiven Dämpfersystems erschwert. Zusätzlich wird die weichste Kennlinie im F-v-Diagramm des Dämpfers für den rekuperativen und stromlosen Betrieb begrenzt. Im Rahmen der Erfindung wurde nun erkannt, dass die Skalierung des aktiven Dämpfersystems auf die erforderliche Kraft und somit auf den erforderlichen Fahrzeugtyp durch die Verwendung mehrerer Hydraulikpumpen, insbesondere gleichdimensionierter Hydraulikpumpen, an einer Dämpfereinheit erfolgen kann. Alternativ können auch zwei Dämpfereinheiten mit jeweils einer Hydraulikpumpe an einem Rad verwendet werden. Insbesondere werden dabei gleiche Dämpfereinheiten beziehungsweise gleiche Hydraulikpumpen verwendet, sodass möglichst viele Gleichteile zur Anwendung kommen.
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Die Erfindung bietet die Realisierung eines skalierbaren Dämpferkonzepts ohne Änderung der Dimensionierung der Hydraulikpumpe. Damit können anfallende Entwicklungs- und Anpassungskosten, sowie die vorlaufenden Produktionskosten für die einzelnen Varianten eingespart werden. Zudem lässt sich das einfache Konzept auf unterschiedlichste Fahrzeugvarianten übertragen. Weiter bietet das aktive Dämpfersystem einen gewissen Schutz oder eine Notlauffunktion bei einem eventuellen Ausfall einer Hydraulikpumpe. Zudem kann eine Verschlechterung der Gesamtmassenträgheit und damit der Übertragungsfunktion deutlich einfacher und effektiver verhindert werden, als bei einer konstruktiven Hochskalierung einer einzelnen Hydraulikpumpe. Dieser Vorteil wird erreicht, da der Volumenstrom bzw. die Leistung entsprechend der Verwendung der zwei Hydraulikpumpen aufgeteilt und dadurch geringere Pumpengeschwindigkeiten bzw. geringere Leistungen notwendig sind.
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In bevorzugter Ausführung ist vorgesehen, dass pro Hydraulikpumpe eine eigene elektrische Maschine zum Antreiben der Hydraulikpumpe angeordnet ist. Alternativ dazu kann auch eine gemeinsame elektrische Maschine zum Betreiben der beiden Hydraulikpumpen verwendet werden. Dabei wird ein Getriebe zwischen der elektrischen Maschine und den beiden Hydraulikpumpen eingesetzt. In beiden Varianten können die elektrischen Maschinen nicht nur zum Antrieb der Hydraulikpumpen verwendet werden, sondern wirken auch als Generatoren zum Erzeugen elektrischer Energie. Dies ist beispielsweise beim Einfedern des Fahrzeugs möglich, wenn Öl aus den Zylindern durch die Hydraulikpumpen bewegt wird.
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Sowohl bei der Verwendung einer einzelnen Dämpfereinheit als auch bei der Verwendung zweier Dämpfereinheiten können mehr als zwei Hydraulikpumpen verwendet werden. So kann auch bei der Verwendung von zwei Dämpfereinheiten jede Dämpfereinheit oder nur eine der beiden Dämpfereinheiten mit mehr als einer Hydraulikpumpe wirkverbunden sein.
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Bei Wirkverbindung der zumindest zwei Hydraulikpumpen mit einer Dämpfereinheit ist bevorzugt vorgesehen, dass die Hydraulikpumpen entweder in Reihe oder parallel geschaltet sind. Die Reihenschaltung der Hydraulikpumpen bietet sich insbesondere bei sehr schweren Fahrzeugen an. Der Vorteil der Parallelschaltung der beiden Hydraulikpumpen ist, dass die Parallelschaltung zu einer Vermeidung beziehungsweise Minimierung des negativen Einflusses auf den Radkomfort führt, da die weichste Kennung für den rekuperativen Betrieb nicht ansteigt, sondern trotz größerer Kraft abgesenkt wird.
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In den Zylindern ist vorteilhafterweise über dem Kolben eine erste Kammer ausgebildet. Unter dem Kolben ist eine zweite Kammer definiert. Die Hydraulikpumpen sind fluidleitend an die Zylinder derart angeschlossen, sodass in den beiden Kammern der Hydraulikdruck verändert werden kann.
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Die Dämpfereinheiten umfassen, wie im Rahmen von Dämpfersystemen bekannt, Ventile beispielsweise im Boden oder im Kolben. Beim Bewegen des Kolbens gegenüber dem Zylinder wird das Hydrauliköl durch diese Ventile geleitet, wodurch es zur dämpfenden Wirkung kommt. In den Dämpfereinheiten oder als separater Bauteil können Druckspeicher angeordnet werden, die insbesondere zur Aufnahme des Ölvolumens notwendig sind, das durch die Kolbenstange verdrängt wird.
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Die Erfindung umfasst des Weiteren eine Einzelradaufhängung für ein Fahrzeug. Die Einzelradaufhängung umfasst eines der aktiven Dämpfersysteme, wie es soeben beschrieben wurde. Insbesondere ist ein Fahrzeug mit vier dieser Einzelradaufhängungen vorgesehen. Dadurch kann an allen vier Rädern des Fahrzeugs mit dem aktiven Dämpfersystem eine Hub- und Wankbewegung des Fahrzeugs reduziert werden. Das Fahrzeug umfasst vorteilhafterweise Sensoren zum Erfassen von Fahrzeugs- und/oder Umgebungsdaten. Basierend auf diesen Daten werden die Hydraulikpumpen angesteuert, sodass die Hub- und Wankbewegungen ausgeglichen werden können.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile und Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:
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1 ein erfindungsgemäßes aktives Dämpfersystem gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, und
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2 ein erfindungsgemäßes aktives Dämpfersystem gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Im Folgenden werden anhand der 1 und 2 zwei Ausführungsbeispiele eines aktiven Dämpfersystems 1 für ein Fahrzeug beschrieben. Gleiche beziehungsweise funktional gleiche Bauteile sind in beiden Ausführungsbeispielen mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren zeigen die aktiven Dämpfersysteme 1 schematisch vereinfacht, wobei lediglich für die Erfindung relevante Teile gezeigt sind.
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Das aktive Dämpfersystem 1 gemäß 1 umfasst eine Dämpfereinheit 2. Die Dämpfereinheit 2 umfasst einen Zylinder 3. Der Zylinder 3 wird auch als Dämpferrohr bezeichnet. In dem Zylinder 3 ist ein Kolben 4 linear beweglich geführt. Der Kolben 4 ist mit einer Kolbenstange 5 fest verbunden. Üblicherweise wird die Kolbenstange 5 mit einer Karosserie eines Fahrzeugs verbunden. Der Zylinder 3 wird radseitig angebunden.
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Über dem Kolben 4 ist eine erste Kammer 6 im Zylinder 3 ausgebildet. Unter dem Kolben 4 ist eine zweite Kammer 7 im Zylinder 3 ausgebildet. Der Zylinder 3 ist mit Hydrauliköl gefüllt. In dem Kolben 4 und/oder im Boden des Zylinders 3 befinden sich üblicherweise Ventile. Beim Bewegen des Kolbens 4 gegenüber dem Zylinder 3, also beim Ein- oder Ausfedern des Rades, wird dieses Hydrauliköl durch die Ventile bewegt, wodurch es zur Dämpfung kommt.
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Das aktive Dämpfersystem 1 umfasst zwei Hydraulikpumpen 8. Die Hydraulikpumpen 8 sind über fluidleitende Verbindungen 9 mit der ersten Kammer 6 und der zweiten Kammer 7 verbunden. Über zwei nicht dargestellte elektrische Maschinen werden die Hydraulikpumpen 8 angetrieben. Durch Betätigen der Hydraulikpumpen 8 kann der Kolben 4 innerhalb des Zylinders 3 gestellt werden. Der Kolben 4 ist somit innerhalb des Zylinders 3 hydraulisch bewegbar. Es handelt sich somit um ein aktives Dämpfersystem, bei dem der Kolben 4 unabhängig von einer Anregung durch die Straße innerhalb des Zylinders 3 bewegbar ist.
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Wie 1 zeigt, sind die beiden Hydraulikpumpen 8 parallel geschaltet. Durch diese Verwendung von zwei Hydraulikpumpen 8 für die Dämpfung nur eines Rades, können kleinbauende und gleichbauende Hydraulikpumpen 8 verwendet werden. Alternativ dazu ist auch eine Reihenschaltung der beiden Hydraulikpumpen 8 vorgesehen.
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2 zeigt das aktive Dämpfersystem 1 nach dem zweiten Ausführungsbeispiel. Im zweiten Ausführungsbeispiel werden zwei der oben beschriebenen Dämpfereinheiten 2 für nur ein Rad verwendet. An jeder Dämpfereinheit 2 ist eine Hydraulikpumpe 8 angeschlossen. Die beiden Dämpfereinheiten 2 sind parallel zueinander angeordnet.
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Im zweiten Ausführungsbeispiel können sowohl kleinbauende und gleichbauende Hydraulikpumpen 8 als auch kleinbauende und gleichbauende Dämpfereinheiten 2 für die Dämpfung nur eines Rades verwendet werden.
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Das in 1 oder 2 gezeigte aktive Dämpfersystem 1 wird vorteilhafterweise für jeweils eine Einzelradaufhängung eines Kraftfahrzeuges verwendet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- aktives Dämpfersystem
- 2
- Dämpfereinheit
- 3
- Zylinder (Dämpferrohr)
- 4
- Kolben
- 5
- Kolbenstange
- 6
- erste Kammer
- 7
- zweite Kammer
- 8
- Hydraulikpumpen
- 9
- fluidleitende Verbindungen
